梅山灌區(qū)重建續(xù)建工程設(shè)計及環(huán)境影響

□陳 明

（信陽市潑河水庫管理局）

1 梅山灌區(qū)現(xiàn)狀

固始縣梅山灌區(qū)地形是南高北低，以南部淺山區(qū)向北部丘陵伸展，未端為平原地帶，淮河右岸支流—史河南北向縱貫灌區(qū)全境，將灌區(qū)一分為二，東部為總干渠、中干渠和東干渠，西部為南干和西干渠，梅山灌區(qū)的主要水源由梅山水庫供水，梅山水庫至黎集樞紐以上藉用35 km史河輸水，黎集樞紐調(diào)節(jié)東干渠、中干渠和西干渠引水，南干渠從紅石嘴樞紐左岸直接引水，由安徽省金寨縣西部淺山區(qū)流向固始縣南部，再向北部延伸。

干渠沿線所經(jīng)地段，多為淺山腳部和丘崗中低部，工程地質(zhì)變化大，大部分渠段在粘土，壤土或粉質(zhì)壤土上，填方渠段原施工質(zhì)量較差，滲漏問題突出，總干在原史河故道上滲漏非常嚴(yán)重。中干渠沿線地貌形態(tài)屬于河漫灘地，地勢平坦。南干渠渠線沿程穿南部低山區(qū)而延伸向北至縣城。

2 梅山灌區(qū)工程存在的問題

灌區(qū)工程經(jīng)過近40 a 的運用，對抗御自然災(zāi)害，促進農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增收起到了很大作用。灌區(qū)渠系布局合理，但灌區(qū)建設(shè)正值“大躍進”和“文革”期間，工程建設(shè)急于求成，資金短缺，“三材”緊張，特別是工程施工采用人海戰(zhàn)術(shù)，工程技術(shù)人員少，質(zhì)量難以控制，加之工程運行時間長，又缺少必要的維修資金，工程老化失修，致使目前灌區(qū)工程存在以下諸多問題：

滲漏，坍塌滑坡，淤積，建筑物裂縫、沉陷、漏水、老化、損壞嚴(yán)重，管理設(shè)施陳舊、破損，通訊設(shè)備缺乏，部分管理房屋破舊失修，漏水、沉降嚴(yán)重；閘門及啟閉設(shè)備老化失修，運行不便，量水設(shè)施陳舊不全；支渠以下工程不配套，田間工程缺乏；管理手段落后，管理人員收入較低，人心不穩(wěn)，造成灌溉效益較差，并有逐年衰減的趨勢。

以上問題的存在，已嚴(yán)重威脅灌區(qū)生存與發(fā)展，極大地浪費水資源，威脅國家糧食生產(chǎn)安全，與“手中有糧，心中不慌”的要求相背，因此大力開展灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造勢在必行。

3 梅山灌區(qū)水閘重建續(xù)建工程設(shè)計依據(jù)

節(jié)能是中國發(fā)展經(jīng)濟的一項長遠戰(zhàn)略方針。根據(jù)法律法規(guī)的要求，依據(jù)國家和行業(yè)有關(guān)節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范合理設(shè)計，起到節(jié)約提高能源利用效率，促進國民經(jīng)濟向節(jié)能型發(fā)展的作用。

節(jié)能方案應(yīng)符合相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》中的節(jié)能要求。工藝和設(shè)備的合理用能、主要產(chǎn)品能源單耗指標(biāo)要以國內(nèi)先進能耗水平或參照國際先進水平作為設(shè)計依據(jù)。

4 退水閘、跌水閘重建工程設(shè)計方案

梅山灌區(qū)退水閘、跌水閘重建工程涉及東干、獨山堰干渠、東干一支、中干八支、九支、十支、南干渠新一支、三支、六支，共計二條干渠七條支渠，退水閘11座；跌水閘13座，這批工程設(shè)施建于20世紀(jì)70年代，工程簡陋，質(zhì)量差，標(biāo)準(zhǔn)低，加之通過幾十年的頻繁運用，現(xiàn)已老化嚴(yán)重、閘房漏雨、門窗破損、啟閉機梁裂縫、閘門啟閉機老化等問題。現(xiàn)以東干渠引龍退水閘為例進行工程設(shè)計：為確保東干渠正常運行引龍退水閘急需重建。引龍退水閘座落在樁號21+936，設(shè)計流量為8.00 m3/s。

4.1 水力計算

驗算過流能力：根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》SL265-2001，設(shè)計條件為寬頂堰流時，該閘應(yīng)能通過設(shè)計流量8.00 m3/s。根據(jù)實際所取孔數(shù)及閘孔布置型式，按寬頂堰泄流驗算該閘過流能力，取閘門寬3.00 m。

式（1）中：σs—淹沒系數(shù)，按水閘設(shè)計規(guī)范中表A..0.10—2查得該值為0.97；?—側(cè)向收縮系數(shù)，取0.90；m—流量系數(shù)，取0.39；n·b=1×3.0=1.0m;H0=1.50 m。

=8.18 m3/s＞8.00 m3/s

故所定閘的規(guī)模合適。

4.2 消能計算

4.2.1 消力池深度計算

消力池深度計算按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）附錄B公式計算：

式（3）（4）（5）（6）中：d—消力池深度（m）；σ0—水躍淹沒系數(shù)。采用1.10；—躍后水深（m）；hc—收縮水深（m）；a—水流動能校正系數(shù)，采用1.00；q —過閘單寬流量（m3/s），為2.67 m3/s；b1—消力池首端寬度（m），取3.00 m；b2—消力池末端寬度（m），取3.00 m；T0—由消力池底板頂面算起的總勢能（m），為2.87 m；△Z—出池落差（m）；＇hs—出池河床水深（m），為1.60 m。經(jīng)過試算，選定消力池深度d為0.85 m。4.2.2 消力池長度計算

消力池長度計算：水躍長度Lj=6.9（hc″-hc）=8.87 m；消力池長度Lsj=Ls+βLj=8×1.02×0.7×8.87=9.27 m；選定消力池陡坡段水平投影長度取10.20 m，水平段長度取10.00 m。

4.2.3 海漫長度計算

用下式計算海漫長度：

式（7）中：Lp—海漫長度（m）；qs—消力池末端單寬流量（m3/s），經(jīng)計算為2.67 m3/s；Ks—海漫長度計算系數(shù)，閘址處為粉質(zhì)粘土，Ks取9；△H＇—上、下游水頭差，2.71 m。

代入上式計算得LP=18.80 m。

海漫一、二段均采用漿砌塊石護砌，長度均為12.00 m。

4.3 閘室穩(wěn)定驗算

4.3.1 閘室基底應(yīng)力計算公式

閘室基底應(yīng)力計算公式：

4.3.2 基底應(yīng)力分布不均勻系數(shù)計算公式

基底應(yīng)力分布不均勻系數(shù)計算公式：

式（9）中字母含義同上。

4.3.3 閘室沿基面的抗滑穩(wěn)定計算公式閘室沿基面的抗滑穩(wěn)定計算公式：

式（10）中：Kc—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—閘基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；∑H—作用于閘室上的全部水平向荷載之和（kN）。

閘室穩(wěn)定復(fù)核成果見表1。

表1 閘室穩(wěn)定計算成果表

由計算成果可知：閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和地基應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）要求。地基應(yīng)力小于該層地基承載力。

4.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

退水閘進口段為6.80 m 長M7.5 漿砌石八字墻，護底為C20混凝土，厚0.40 m。閘室段長6.00 m，寬3.00 m，高3.40 m，閘墩為C20 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板為厚0.60 m 的C20 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘室上部為排架和閘房，閘門采用平板鋼閘門，配套LQD—（Ⅰ）—8 t 啟閉機1 臺。閘室前設(shè)一交通橋，橋?qū)?.00 m，橋板厚0.16 m。閘后接陡坡及消力池段，陡坡段水平投影長10.20 m，消力池段長10.00 m，深為0.85 m，底部為厚0.40 m 的C20 混凝土護底。海漫兩段均長12.00 m，護坡厚0.40 m，護底厚0.40 m，均為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)重建退水閘。

5 梅山灌區(qū)工程重建續(xù)建后對環(huán)境的影響

隨著灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展，化肥用量越來越大，抽樣調(diào)查平均每公頃施用量達900 kg，造成過剩的化肥不能被作物完全吸收而滲入地下，污染環(huán)境，為保證農(nóng)業(yè)豐收，農(nóng)藥使用量也大大增加，而這些農(nóng)藥大部分逸散在作物、土壤和空氣中，造成環(huán)境污染，對人體健康也有一定的危害性；另外，農(nóng)藥在消滅害蟲的同時，也消滅了天敵，結(jié)果破了生態(tài)平衡，渠道沿線的個別村莊由于渠道滲漏而造成的房屋潮濕道路泥濘，田間工程不配套，灌溉水浪費嚴(yán)重，另外因排水體系不健全，小部分土地有漬害發(fā)生。

梅山灌區(qū)節(jié)水改造項目完成后，在干、支、斗渠兩堤植樹綠化，可形成縱橫交錯的林帶，對改善渠堤沿線及整個灌區(qū)的環(huán)境將起到積極作用。同時，在主要交通要道再興建和修建生產(chǎn)橋，為廣大群眾的生產(chǎn)和生活及工程管理提供便利條件。因此，該工程的實施，既美化了當(dāng)?shù)丨h(huán)境，又改善了交通條件。

灌區(qū)引用梅山水庫和區(qū)間徑流水，水質(zhì)良好，屬低礦化度淡水，平均每升2.79 mg 當(dāng)量，最大值4.86 mg 當(dāng)量，PH 值在6.70～8.00 之間，總硬度0.24～4.66 德國度，為軟水或極軟水，符合國家《地面水環(huán)境質(zhì)量》Ⅱ級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，適于飲用和灌溉。灌區(qū)節(jié)水改造完成后，大大改善了灌區(qū)的水土條件，使灌區(qū)光熱、水土資源得到進一步的利用，生態(tài)環(huán)境轉(zhuǎn)向良性循環(huán)。

由于灌區(qū)供水，改善了農(nóng)村生活用水條件和缺水地區(qū)飲用水的質(zhì)量，改善了灌區(qū)內(nèi)村莊的衛(wèi)生條件，加之渠堤植樹造林，不但加速林業(yè)發(fā)展，而且綠化環(huán)境凈化了空氣，加之渠系的配套建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)化，堤頂加寬，增加了交通網(wǎng)絡(luò)密度，不僅有利于人民群眾的生產(chǎn)生活和繁榮灌區(qū)經(jīng)濟，而且也方便了灌區(qū)管理，隨著技改工程的實施，灌區(qū)內(nèi)閑余勞動力參加項目建設(shè)，增加了收入，還會得到較好的社會效益。

灌區(qū)進行合理灌溉和排水，土壤水、熱、氣、狀況得到改善，發(fā)展高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)田，糧食產(chǎn)量將大幅度提高。煙葉、蔬菜，瓜果等經(jīng)濟作物，畜牧業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)也相應(yīng)發(fā)展，從而增加經(jīng)濟收入，改善灌區(qū)人民生活，有利于社會穩(wěn)定。

6 結(jié)語

通過對梅山灌區(qū)的重建續(xù)建配套及節(jié)水改造，發(fā)展先進的灌水方式，灌區(qū)土壤、水、熱、氣狀況得到改善，糧食產(chǎn)量大幅度提高，經(jīng)濟作物、畜牧業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)也得到相應(yīng)發(fā)展，從而增加經(jīng)濟收入，改善梅山灌區(qū)人民生活，有利于社會的穩(wěn)定發(fā)展。